No Moon Camp Pioneers, a missão de cada equipa é desenhar em 3D um acampamento lunar completo utilizando o software da sua escolha. Têm também de explicar como vão utilizar os recursos locais, proteger os astronautas dos perigos do espaço e descrever as instalações para viver e trabalhar no seu acampamento lunar.
Terceiro lugar - Estados membros da ESA
Escola Secundária de Oban Oban-Argyll e Bute Reino Unido 16, 15, 14, 13 5 / 1 Inglês
Software de desenho 3D: Fusion 360
Este projeto visa criar um acampamento base na Lua. Temos algumas cúpulas à superfície, mas a maior parte do nosso projeto vai situar-se no subsolo. A base tem capacidade para acomodar confortavelmente 10 astronautas e possivelmente mais, se as equipas trabalharem por turnos, e contém comodidades básicas como casas de banho, dormitórios, uma cozinha e uma área comum, mas também salas mais relacionadas com o trabalho, como oficinas, espaços de armazenamento, laboratórios e uma estufa. A base também tem uma cúpula adicional separada da base principal que contém processos de alta energia e alta temperatura, tais como câmaras de eletrólise e fornos, esta separação ajuda a proteger a base principal no caso de uma falha destes sistemas. A base é construída principalmente em alumínio devido à sua resistência e leveza, bem como ao facto de que qualquer alumínio extra necessário para a manutenção da base pode ser extraído do minério no regolito lunar usando o processo FFC Cambridge, que é um dos processos que está a ser pesquisado nesta base. A base também utiliza o solo lunar como material de construção para proteger a tripulação da radiação.
A principal razão para a instalação desta base é servir de plataforma de investigação científica na Lua. Esta base permitiria que os astronautas permanecessem estacionados na Lua durante muito mais tempo, o que significa que mais experiências e projectos poderiam ser realizados no ambiente lunar, o que, em contrapartida, melhoraria significativamente a nossa compreensão da Lua e do nosso universo a longo prazo. Outro objetivo importante seria examinar o ambiente e a forma como certas coisas reagem a ele, bem como estudar a superfície lunar, praticar o cultivo de alimentos na Lua e examinar os resultados de uma vida a longo prazo em ambientes de baixa gravidade. Esta seria uma informação que poderia ser facilmente recolhida e distribuída para uso científico na Terra. Esta informação poderia ser muito útil para o desenvolvimento de futuras naves espaciais, para o planeamento do treino de futuros astronautas ou mesmo para melhorar a tecnologia na Terra.
O nosso acampamento base na Lua seria construído no pólo sul da Lua, no cume entre a cratera De Gerlache e a cratera Shackleton. Esta localização é vantajosa porque, quando o sol ilumina esta parte da lua, paira logo abaixo ou acima do horizonte, criando temperaturas relativamente estáveis, acima dos 54°C. A disponibilidade do sol ajuda no crescimento das colheitas na estufa e na produção de energia para a base utilizando os painéis solares, além de evitar que os equipamentos congelem permanentemente. Este local também tem acesso a muitos recursos essenciais, tais como depósitos de gelo e regolito lunar contendo minérios como a Anortosite. O terreno é também muito fácil de percorrer a pé ou com o rover, devido aos declives suaves das cristas e à escassez de detritos no solo. O local também tem ligação direta à Terra por satélite devido à direção para onde está virado.
Como explicado anteriormente, a base é feita principalmente de alumínio devido à sua disponibilidade na Lua e na Terra e às suas propriedades de leveza, resistência e material, tendo também sido bem testada num ambiente espacial, uma vez que a ISS é construída com este material. A base é construída principalmente com cúpulas e cilindros para minimizar os pontos de pressão nas extremidades e reduzir o risco de rupturas nas colinas devido à diferença de pressão com o exterior da base. Esta escolha de design também torna a construção da estrutura muito mais fácil, uma vez que estas estruturas arredondadas podem ser segmentadas e facilmente transportadas numa nave espacial e montadas. A maior parte da base será também coberta por alguns metros de solo lunar para a proteger dos detritos e da radiação. O minério Anortosite também produz silício e alumínio no processo FFC Cambridge, que pode ser utilizado para fabricar alguns componentes da base na Lua.
O único equipamento que seria necessário trazer da Terra seriam os robots de escavação e as instalações mineiras para obter a terra, o gelo e o minério necessários. Os módulos originais da base também podem ser transportados para a Lua através de uma nave espacial, para ajudar a garantir a sobrevivência dos seres humanos na Lua enquanto a base permanente é montada. As impressoras 3D também serão utilizadas na construção e manutenção da base, uma vez que podem ser criados componentes e ferramentas específicos a partir de matéria-prima de plástico e metal que será transportada da Terra.
Como explicado anteriormente, planeamos construir o nosso acampamento maioritariamente subterrâneo e cobri-lo com solo lunar por cima, para que os nossos astronautas estejam protegidos da radiação solar quando estiverem dentro do edifício. O solo lunar é um bom protetor contra a radiação, uma vez que alguns metros deste material protegerão contra a maioria dos tipos de radiação. Este solo também protegerá contra asteróides e detritos voadores que os astronautas e a base irão encontrar. Os astronautas usarão fatos espaciais e rovers lunares para os manter seguros e para os ajudar quando viajarem para fora das paredes do acampamento. Cada módulo está separado da base principal por câmaras de ar interiores que podem selar e ajudar a manter a tripulação viva no caso de uma rutura do casco. A base também tem um sistema central de limpeza e circulação de ar, mas este pode ser isolado para manter alguns ou apenas um módulo em condições de sobrevivência em caso de rutura. Os únicos módulos que têm os seus próprios sistemas de ar são a oficina, o laboratório de ciências e a entrada. Isto é para o caso de estas salas ficarem contaminadas ou tóxicas e poderem evitar que este ar circule por toda a base. Esta base também tem sistemas de filtragem de ar para evitar que a tripulação respire gases e partículas nocivos, por exemplo, a poeira lunar tem silicato que, se inalado em grandes quantidades, pode causar danos nos pulmões. Todos os processos de alta energia são mantidos separados dos módulos habitáveis, o que pode evitar que toda a base seja destruída em caso de falha catastrófica. Os tubos que transportam os produtos destes processos para a base também têm cargas activadas por pressão que rompem o tubo no caso de um pico de pressão, evitando que a base seja danificada.
O acampamento lunar será alimentado principalmente pelo sol, utilizando 99 painéis solares que podem rodar para estarem sempre virados para o sol, que serão colocados à volta da base e que produzirão energia durante o dia, alimentando a base e carregando baterias de iões de lítio para a base durante a noite. Estes painéis solares produzirão um máximo de 135,63 kW, o que significa que em 12 horas os painéis solares produzem 5,86 MJ no total.
O ar é produzido de várias formas, desde a separação da água até ao processo FFC Cambridge; o ar nos módulos não incluirá azoto, uma vez que este não é necessário para a sobrevivência dos seres humanos. O oxigénio será produzido através da alimentação de água derretida do gelo numa câmara de eletrólise para a dividir em oxigénio e hidrogénio. O hidrogénio é transportado para tanques de armazenamento para ser utilizado como combustível de foguetão e o oxigénio é transportado para a base principal. O processo FFC de Cambridge é mais experimental e também produz oxigénio que será utilizado como combustível para foguetões e ar respirável.
A água é novamente produzida pela fusão de depósitos de gelo e é utilizada para produzir oxigénio ou é canalizada para tanques na base para ser utilizada como água potável. A água é filtrada para remover as impurezas e as moléculas não potáveis, para que seja segura para beber. Esta água é utilizada para beber e noutros sistemas, mas a maior parte é reciclada e novamente filtrada.
A maioria dos alimentos é importada da Terra, mas é complementada com colheitas e alimentos produzidos na Lua. Os alimentos produzidos na Lua não são a principal fonte de alimentação, mas se alguma vez houver um problema com o transporte de alimentos da Terra, a tripulação pode sobreviver com os produtos cultivados na Lua.
Os resíduos orgânicos produzidos pelos astronautas podem ser compostados ou utilizados como fertilizante para as plantas em crescimento. Gostaríamos também de implementar reactores de lixo para gás, uma vez que podem ser utilizados para transformar o lixo em gás que a tripulação pode reutilizar no edifício ou nos rovers, pois os reactores utilizam um processo de degradação térmica para converter os resíduos em gás. A filtragem do ar e da água também seria utilizada para limitar a quantidade de resíduos. Os produtos líquidos residuais serão filtrados e reciclados para minimizar a pressão sobre os sistemas de produção de água e para ajudar a conservar energia. A água limpa, mas que tenha passado pelos sistemas e não possa ser bebida, será utilizada nas casas de banho e na rega das plantas.
Utilizaremos matrizes de comunicação e uma antena parabólica destacável de alto ganho de 4,2 metros para enviar comunicações para o satélite retransmissor Queqiao como meio de comunicação com a Terra. O satélite de retransmissão Queqiao é um satélite lançado para estar numa órbita de halo L2, onde se encontra no local perfeito para poder enviar comunicações da Lua para a Terra e vice-versa sem qualquer problema. Isto deve-se ao facto de esta posição ser o único local onde pode ter acesso ao lado mais distante da Lua e, ainda assim, chegar à Terra sem receio de que a Lua bloqueie as suas transmissões. As transmissões do Queqiao podem ser postas em contacto com outros satélites LEO para retransmitir as mensagens para qualquer empresa que necessite.
Também precisamos de comunicações na Lua. Como tal, serão implementados rádios básicos para permitir a comunicação não só com os astronautas mas também com outras bases lunares.
Os tópicos em que a nossa investigação se centrará serão o ambiente de baixa gravidade e a geologia. Uma vez que estes dois tópicos serão o foco principal da base, a recolha de informações sobre os mesmos será a principal prioridade no que diz respeito à utilização da investigação. Serão utilizados métodos de perfuração para recolher gelo e solo que podem ser examinados e experimentados no acampamento. Estas experiências podem ser feitas para descobrir mais dados sobre áreas específicas, tais como os componentes encontrados no solo, a forma como a radiação afecta os elementos na Lua, a quantidade de informação que pode ser recuperada de amostras de solo e gelo que remontam à formação do sistema solar e até a forma como as plantas crescem no solo lunar, tendo em conta a diferente constituição do solo.
O ginásio incorporado na base, embora exista para apoiar as condições físicas e mentais dos astronautas, estará também disponível como método de recolha de informações sobre a forma como a baixa gravidade afecta o corpo humano. Isto também pode dar lugar a informações sobre como as rotinas de um indivíduo são afectadas por esta peculiar mudança de ambiente, ao mesmo tempo que fornece informações sobre como suspeitar de sintomas de afinidade com a baixa gravidade numa pessoa, dependendo da forma como o seu corpo se comporta fisicamente. Estudaremos também o processo FFC Cambridge, uma vez que ainda se encontra em fase experimental devido à falta de regolito na Terra, mas na Lua o progresso aumentará drasticamente. Este processo ajudará a implementar bases lunares maiores no futuro devido ao facto de produzir materiais de construção localmente na lua.
Para ajudar a preparar os astronautas para a missão lunar que se avizinha, gostaríamos de acrescentar o seguinte como parte do seu programa de formação;
Os candidatos devem ser cuidadosamente informados sobre as condições, o ambiente que se pode esperar e o tipo de problemas e soluções que podem surgir durante a viagem.
Realizar treinos, exercícios e depois testes globais em cenários do ambiente lunar, concretizados em simuladores dos problemas exactos a que se refere o relatório.
Incorporar o treino subaquático/piscina nos seus regimes. As piscinas podem simular a sensação de baixa gravidade, à qual os astronautas teriam de se habituar antes de partirem para a Lua. Realizar exercícios, caminhar ou simplesmente flutuar na água fá-los-á adaptarem-se à sensação de baixa gravidade e, com o tempo, ajudá-los-á a aprender a manobrar nela com os seus fatos. Está provado que isto é útil, uma vez que os astronautas que se preparavam para as missões Apollo também tinham sido submetidos ao mesmo treino.
Construir uma base de simulação. Os protocolos de segurança podem ser executados em bases de simulação para garantir que ninguém na equipa ficará paralisado e que todos saberão como se comportar em caso de emergência. As bases de simulação também serão úteis para a familiarização, uma vez que oferecem a oportunidade de os candidatos conhecerem os laboratórios e as oficinas, ao mesmo tempo que oferecem a possibilidade de verem os alojamentos para se habituarem à disposição.
Treino de isolamento a longo prazo. As tripulações serão treinadas para trabalharem em conjunto e para trabalharem em isolamento de longa duração numa base simulada para simular o aspeto social e os desafios de estar sozinho.
Vamos utilizar um rover para conduzir os astronautas de e para os locais de missão, outros campos potenciais, locais de exploração mineira ou simplesmente para explorar a terra. O projeto do nosso rover prevê que o veículo utilize a energia solar para produzir energia, bem como um carregador para ligar à base principal, que será responsável pela alimentação da máquina. Quanto à forma como viajaríamos entre a Lua e a Terra, optámos por utilizar foguetões reutilizáveis, como a nave SpaceX, para fazer a viagem. Trata-se de uma excelente ideia, uma vez que os foguetões poderiam ser reabastecidos tanto na Terra, com os recursos aí existentes, como na Lua, com o hidrogénio e o oxigénio separados da água gelada lunar aí recolhida. Seriam também fornecidos fatos espaciais para permitir aos astronautas atravessar a pé a paisagem lunar. No entanto, o tempo de EVA seria limitado devido à exposição à radiação.
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